Ich mache ein System, das Wasser in einem 25-Liter-Tank auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und das Wasser mit einer Genauigkeit von +/- 0,5 ° C auf dieser Temperatur hält. Da ich einige Nachforschungen angestellt habe, habe ich beschlossen, das Heizelement mit einem Nulldurchgangs-Halbleiterrelais zu steuern und dieses Relais mit einem Ardunio zu steuern. Das Heizelement ist 230 VAC, 3 kW.
Meine Frage ist, wie lange kann ich konstanten Strom durch das Heizelement führen, ohne es zu überhitzen? Ich meine, wenn ich die Kochplatte an meinem Herd auf Maximum schalte, fließt dann konstanter Strom durch das Element oder sind dies immer noch Impulse und wie kann ich die Impulsbreite und die Zeit zwischen diesen Impulsen bestimmen?
Etwa 10 Minuten ... bis das Wasser zu kochen beginnt.
25 Liter = 25.000 cc Wasser. Es braucht 1 Joule, um 1 cc um 1 Grad (C oder K) zu erhöhen. Angenommen, das Wasser beginnt bei 25 ° C, das heißt,
75 (Grad) * 25.000 (J/Grad)/3 kW = 625 Sekunden.
Grob gesagt steigt die Temperatur eines elektrischen Heizelements, bis es einen Zustand erreicht, in dem die Leistungsaufnahme (in Ihrem Fall 3 kW) gleich der Leistungsabgabe (Wärme in das Wasser) ist.
Eine Heizung, die zum Eintauchen in Wasser ausgelegt ist, ist so gebaut, dass das Wasser sie kühl genug hält, um bei ihrer Nennleistung nicht beschädigt zu werden. Das Wasser wird normalerweise durch Konvektion angetrieben, um sich ständig am Element vorbeizubewegen und genügend Wärme abzuführen, um eine Überhitzung des Elements zu verhindern. Sobald das Wasser den Siedepunkt erreicht, steigt die Temperatur des Wassers nicht mehr, aber die Umwandlung von Wasser in Dampf verbraucht sehr viel Wärme, die das Element ersetzt. An diesem Punkt wird das Element deutlich über der Temperatur des Wassers liegen (es ist dieser Temperaturunterschied, der die Wärme aus dem Element in das Wasser treibt), aber seine Temperatur wird ungefähr konstant sein.
Die Dinge werden so bleiben, bis genug Wasser verkocht ist, dass das Element beginnt, der Luft ausgesetzt zu werden. Die Luft ist ein viel schlechterer Wärmeleiter als Wasser, daher muss die Elementtemperatur ansteigen, um das Gleichgewicht „3 kW rein, 3 kW raus“ wiederherzustellen.
Ein Element, das nur für den Einsatz im Wasser ausgelegt ist, wird diese neue, viel höhere Temperatur nicht überstehen und sehr schnell beschädigt werden.
Die kurze Antwort lautet also: Sie können einen 3-kW-Tauchsieder beliebig lange mit 3 kW versorgen, solange er eingetaucht ist und keine Sekunde länger .
Das Heizelement Ihres Elektroherds ist auch so konzipiert, dass es kontinuierlich mit seiner vollen Nennleistung läuft (bei „Max“ wird es nicht gepulst), aber es tut dies, indem es länger ist als ein typischer Tauchsieder mit der gleichen Leistung (also mehr Oberfläche Bereich, aus dem Wärme verloren geht) und für einen störungsfreien Betrieb bei einer viel höheren Temperatur ausgelegt sind.
Bei der Suche nach Heizelementen bin ich auf dieses hier gestoßen. Einige Jahre sind vergangen, aber ich habe einige Probleme in Ihrem Setup gesehen:
Bei zu viel Leistung von 3000 W in einem kleinen Volumen (25 l) müsste das Wasser sehr stark umgewälzt / gerührt werden, um heiße / kalte Stellen zu vermeiden, die viel größer als 1 ° C sein könnten.
Ein weiterer Punkt betrifft den Controller: Es sollte kein On-Off-Controller sein.
Der empfohlene Controller sollte ein PID-Controller sein, dessen Ausgang so konfiguriert wird, dass sein Arbeitszyklus (einer PWM) über das von Ihnen genannte Nulldurchgangs-Halbleiterrelais variiert.
Wie Georges Antwort berechnete, beträgt der Heizbereich von 75 ° C nur 625 Sekunden, für Ihre 3000 Watt und 25 Liter oder etwa 1 ° C in nur 8 Sekunden. Bei +/- 0,5C beträgt die Reaktionszeit nur 4s!
Heizungsgröße - Wenn es sich nicht um ein Aquarium mit Leben im Inneren handelt, verwenden Sie ein viel kleineres Heizelement (ca. 5 ~ 10 W / l ~ = 100 ~ 300 W für 25 l) und eine Aquarienpumpe (bis zu 40 ° C überlebt) zum Umwälzen und Rühren des Wassers ; oder verwenden Sie einen Rührer/Mischer für einen breiteren Temperaturbereich.
Aquarien - Ein weiterer Hinweis : 1-2 W/Liter ist die empfohlene Leistungsdichte für Süßwasseraquarien im Innenbereich. Bei sorgfältiger Positionierung der Heizelemente und ordnungsgemäßer Umwälzung kann eine Temperaturstabilität von 0,2 °C erreicht werden.
Über den Sensor : Ein NTC-Sensor eignet sich recht gut für einen Temperaturbereich von -20 °C bis 100 °C.
Temperaturreglertypen - Wahrscheinlich ein Ein-Aus- Regler wie STC-1000ausreichen würde und einen gekapselten (wasserdichten) NTC verwendet. Eine Verbesserung (Luxus bei Verwendung einer Niedrigleistungsheizung) würde einen PID- Regler verwenden, da dieses Kit PID40W verwendet , aber die Kosten können etwa das 5- bis 10-fache einer Ein-Aus-Version betragen.
Auch wenn es dem Originalposter (nach über 5 Jahren) nicht hilft, hoffe ich zumindest, dass dies andere Kollegen hier leiten kann.
Eisig
Robert Stiffler